计算机网络之数据链路层

  今天刚好在写计网作业,顺便把一些知识点简略地记录下来。(注意,本文中所提到的数据链路层协议都不是可靠传输协议)

  1.使用的信道类型

    1) 点对点信道(使用一对一的点对点通信方式) 

    2)广播信道(使用一对多的广播方式

  2.使用点对点信道的数据链路层

    1)概念:

        数据链路:把实现必要的通信协议的硬件和软件加到链路上,就构成了数据链路。目前最常用的方法是使用网络适配器(网卡)来实现,它一般包括了数据链路层和物理层。

        帧:点对点信道的数据链路层的协议数据单元。

    2)三个基本问题:封装成帧、差错检测、透明传输

        封装成帧:在一段数据的前后分别天上首部和尾部,这样就构成一个帧。首部和尾部的作用是帧定界

        透明传输:不管在链路上传输的是什么比特组合,都应能在链路上传输。透明即表示某一个实际存在的事物看起来却是好像不存在一样。解决方法有字节填充。(在标记开始/结束字符的前面插入一个转义字符)

        差错检测:在传出过程中会出现比特差错。在一段时间内,传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率BER(Bit Error Rate),为了保证数据传输的可靠性,要对数据进行差错检测。目前在数据链路层检测广泛使用循环冗余检测CRC(Cyclic Redundancy Check)。

    3)点对点协议PPP

        特点:PPP协议就是用户计算机和ISP进行通信时所使用的数据链路层协议,只支持全双工链路。

        应满足的需求:①简单 ②封装成帧 ③透明性 ④多种网络层协议 ⑤多种类型链路 ⑥差错检测 ⑦检测连接状态 ⑧最大传送单元 ⑨网络层地址协商 ⑩数据压缩协商

        组成:三部分 ①一个将IP数据报封装到串行链路的方法 ②一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议LCP(Link Control Protocol) ③一套网络控制协议NCP(Network Control Protocol)

        帧格式:



    工作状态:“链路静止”状态、“链路建立”状态、“链路打开”状态、“链路终止”状态


  3.使用广播信道的数据链路层

    1)局域网的数据链路层

        局域网的最主要特点:网络为一个单位所拥有,且地理范围和站点数目均有限。

        划分共享信道方法:①静态划分信道

                                       ②动态媒体接入控制(多点接入):随机接入、受控接入

        适配器的作用:①进行数据串行传输和并行传输的转换 ②对数据进行缓存 ③实现以太网的协议

        CSMA/CD协议:载波监听多点接入/碰撞检测

        要点:“多点接入”:表示此为总线型网络,许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。

                    “载波监听”:用电子计数检测总线上有没有其他计算机也在发送,其实就是检测信道。

                    “碰撞检测”(冲突检测):即“边发送边监听”,即适配器边发送数据边检测信道上的信号电压的变化情况,以便判断自己在发送数据时其他站是否也在发送数据。(这里面还涉及到了与碰撞有关的概念,解决方法等,有时间再补上详细的解说)

        特点:在使用此协议时,一个站不可能同时进行发送和接受(但必须边发送边监听信道),即只能进行半双工通信(双向交替通信)

    2)使用广播信道的以太网

        传统以太网:,采用星形拓扑方式,粗同轴电缆 --> 细同轴电缆 --> 双绞线 ,双绞线以太网的出现,是局域网发展史上一个非常重要的里程碑。

            1.1集线器:和双绞线以太网配合使用,特点有 ① 使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网,各站共享逻辑上的总线,使用的还是CSMA/CD协议,同一时刻之多只允许一个站发送数据。 ②有多个接口,像一个多接口的转发器。 ③ 集线器工作在物理层,它的每个接口仅简单地转发比特,不进行碰撞检测

            1.2信道利用率:a = t(tao)/To,此为以太网单程端到端延时t(tao)与帧的发送时间To之比。a越大,争用期越大,因此,a的值应当尽可能小。即当数据率一定时,以太网的帧长不能太短。

            1.3以太网的MAC层

                硬件地址:又称为物理地址或MAC地址(因为这种地址用在MAC帧中),共为6字节,实际上就是适配器地址或适配器标识符。

                MAC帧类型:①单播帧:一对一,即收到的帧的MAC地址与本站的硬件地址相同。②广播帧:一对全体,即发送给本局域网上所有站点的帧。(全1地址) ③ 多播帧(一对多),即发送给本局域网上一部分站点的帧。所有适配器能够识别前两种,部分能够识别最后。只有目的地址才能使用广播和赌博地址。

                混杂方式:以太网适配器的一种特殊工作方式,工作在混杂方式的适配器只要”听到“有帧在以太网上传输就悄悄接受下来,不管是发往哪个站。

        1.4MAC帧的格式


        FCS:帧检验序列(用CRC检验)

        对于检查到的无效MAC帧就简单丢弃,以太网不负责重传丢弃的帧。目前市场上流行的是以太网V2的MAC帧。

    3)拓展的以太网(拓展后仍然为一个网络)

        1.1在物理层拓展

            现在拓展主机和集线器之间的距离的一种简单方法就是使用光纤(通常是一对),和一对光线调制解调器。光纤调制解调器的作用是进行电信号和光信号的转换。

            如果使用多个集线器,可以连接成范围更大的多级星形结构的以太网。但是其带来了缺点:

            ①每个系的以太网是一个独立的碰撞域(冲突域),每个系的最大吞吐量是10Mb/s,连接后仍然为10Mb/s,也就是说当某个系的两个站在通信时所传送的数据会通过所有集线器进行转发,使得其他系的内部在此时都不能通信(会碰撞)。

            ② 如果不同的系采用不同的以太网技术(如数据率),就不能用集线器将它们互连起来。例如一个系是用10Mb/s的适配器,其他的两个是100Mb/s的适配器,连接后大家只能工作在10Mb/s的速率。集线器不能缓存帧。


(未完待续,内容太多了)


        


        



        

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